RU193651U1

RU193651U1 - RADIATION GAS BURNER

Info

Publication number: RU193651U1
Application number: RU2019125993U
Authority: RU
Inventors: Константин Алексеевич Цой; Анатолий Сергеевич Мазной; Константин Анатольевич Штым; Сергей Сергеевич Минаев; Александр Иванович Кирдяшкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ФЛЕЙМЛАБ"
Priority date: 2019-08-18
Filing date: 2019-08-18
Publication date: 2019-11-07

Abstract

Полезная модель относится к области «малой» теплоэнергетики, в частности к конструкциям газовых радиационных горелочных устройств, предназначенных для установки в теплогенерирующие устройства (в т.ч. водогрейные и паровые котлы).Радиационная газовая горелка, содержащая узел подвода газовоздушной смеси и инфракрасный излучатель, выполненный из пористого жаропрочного материала в виде полой трубы, отличается тем, что диаметр полой трубы и толщина ее стенок выполнены постоянными, при этом узел подвода газовоздушной смеси выполнен в виде полого корпуса, содержащего две обращенные друг к другу фланцами, соосные друг другу и полой трубе, втулки, при этом между фланцами размещена прокладка, причем торец приемной втулки герметично заглушен, и через ее стенку герметично пропущены патрубок подачи газа и патрубок подачи воздуха, а свободный конец выпускной втулки герметично вставлен в отверстие полой трубы, кроме того, соосно продольной оси приемной и выпускной втулок, с зазором к их стенкам, размещена подающая труба, герметично пропущенная через прокладку, при этом оба открытых конца полой трубы снабжены одинаковыми узлами подвода газовоздушной смеси, кроме того, диаметр полости подающей трубы составляет 0,25-0,3 от диаметра полости инфракрасного излучателя, а расстояние между торцами подающих труб составляет 0,9 от расстояния между обращенными друг к другу торцами выпускных втулок.Полезная модель обеспечивает возможность размещения горелочного устройства в любой плоскости: горизонтально, вертикально, диагонально и т.д., что позволит использовать его в теплогенераторах любой компоновки. 1 ил.The utility model relates to the field of "small" heat energy, in particular, to designs of gas radiation burner devices intended for installation in heat generating devices (including hot water and steam boilers). A radiation gas burner containing a gas-air mixture supply unit and an infrared emitter made of porous heat-resistant material in the form of a hollow pipe, characterized in that the diameter of the hollow pipe and the thickness of its walls are made constant, while the node for supplying the gas-air mixture is made in the form a hollow housing containing two flanges facing each other, coaxial with each other and the hollow pipe, of the sleeve, while a gasket is placed between the flanges, and the end of the receiving sleeve is hermetically sealed, and a gas supply pipe and an air supply pipe are hermetically passed through its wall, and free the end of the outlet sleeve is hermetically inserted into the hole of the hollow pipe, in addition, in parallel with the longitudinal axis of the intake and exhaust sleeves, with a gap to their walls, there is a supply pipe sealed through the gasket, both open the ends of the hollow pipe are equipped with the same nodes for supplying the gas-air mixture, in addition, the diameter of the cavity of the supply pipe is 0.25-0.3 of the diameter of the cavity of the infrared emitter, and the distance between the ends of the supply pipes is 0.9 of the distance between the ends of the outlet facing each other bushings. A useful model provides the ability to place the burner in any plane: horizontally, vertically, diagonally, etc., which will allow it to be used in heat generators of any layout. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области «малой» теплоэнергетики, в частности к конструкциям газовых радиационных горелочных устройств, предназначенных для установки в теплогенерирующие устройства (в т.ч. водогрейные и паровые котлы).The utility model relates to the field of “small” heat power engineering, in particular, to designs of gas radiation burner devices intended for installation in heat generating devices (including hot water and steam boilers).

Известна радиационная газовая горелка, содержащая жаропрочный пористый цилиндрический насадок с заглушкой с одной стороны и газоподводящим патрубком с соплом с другой стороны (RU № 2462661, F23D14/14, 2012).Known radiation gas burner containing a heat-resistant porous cylindrical nozzle with a plug on one side and a gas supply pipe with a nozzle on the other hand (RU No. 2462661, F23D14 / 14, 2012).

Недостатками данного решения являются низкий ресурс пористого насадка, что обусловлено высокими термо-механическими градиентами материала на границе зон инжекции воздуха и горения.The disadvantages of this solution are the low resource of the porous nozzle, which is due to the high thermo-mechanical gradients of the material at the boundary of the zones of air injection and combustion.

Известна также, радиационная газовая горелка, содержащая узел подвода газовоздушной смеси и инфракрасный излучатель, выполненный из пористого жаропрочного материала в виде полой трубы (см. RU № 2640305 F23D 14/16, 2017).Also known is a radiation gas burner containing a gas-air mixture supply unit and an infrared emitter made of porous heat-resistant material in the form of a hollow pipe (see RU No. 2640305 F23D 14/16, 2017).

Недостаток этого решения возможность размещения излучателя только в вертикальном исполнении, следовательно, теплогенератор возможен только в подовом исполнении горелочного устройства.The disadvantage of this solution is the possibility of placing the emitter only in a vertical version, therefore, the heat generator is possible only in the bottom version of the burner.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, выражается в расширении компоновочных возможностей горелочного устройства.The task to which the claimed technical solution is directed is expressed in expanding the layout capabilities of the burner device.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в возможности размещения горелочного устройства в любой плоскости: горизонтально, вертикально, диагонально и т.д., что позволит использовать его в теплогенераторах любой компоновки.The technical result obtained when solving the problem is expressed in the possibility of placing the burner device in any plane: horizontally, vertically, diagonally, etc., which will allow it to be used in heat generators of any layout.

Для решения поставленной задачи радиационная газовая горелка, содержащая узел подвода газовоздушной смеси и инфракрасный излучатель, выполненный из пористого жаропрочного материала в виде полой трубы, отличается тем, что диаметр полой трубы и толщина ее стенок выполнены постоянными, при этом узел подвода газовоздушной смеси выполнен в виде полого корпуса, содержащего две обращенные друг к другу фланцами, соосные друг другу и полой трубе, втулки, при этом между фланцами размещена прокладка, причем торец приемной втулки герметично заглушен, и через ее стенку герметично пропущены патрубок подачи газа и патрубок подачи воздуха, а свободный конец выпускной втулки герметично вставлен в отверстие полой трубы, кроме того, соосно продольной оси приемной и выпускной втулок, с зазором к их стенкам, размещена подающая труба, герметично пропущенная через прокладку, при этом оба открытых конца полой трубы снабжены одинаковыми узлами подвода газовоздушной смеси, кроме того, диаметр полости подающей трубы составляет 0,25-0,3 от диаметра полости инфракрасного излучателя, а расстояние между торцами подающих труб составляет 0,9 от расстояния между обращенными друг к другу торцами выпускных втулок.To solve the problem, a radiation gas burner containing a gas-air mixture supply unit and an infrared emitter made of porous heat-resistant material in the form of a hollow pipe is characterized in that the diameter of the hollow pipe and its wall thickness are made constant, while the gas-air mixture supply unit is made in the form a hollow body containing two flanges facing each other, coaxial to each other and the hollow pipe, bushings, while a gasket is placed between the flanges, and the end of the receiving sleeve is hermetically sealed yen, and through its wall a gas supply pipe and an air supply pipe are hermetically passed, and the free end of the exhaust sleeve is hermetically inserted into the hole of the hollow pipe, in addition, a feed pipe is placed tightly to the walls of the intake and exhaust bushings, with a gap to their walls, hermetically passed through the gasket, while both open ends of the hollow pipe are equipped with the same nodes for supplying the gas-air mixture, in addition, the diameter of the cavity of the supply pipe is 0.25-0.3 of the diameter of the cavity of the infrared emitter, and the distance between at the ends of the feed tubes is 0.9 times the distance between the facing ends of the discharge sleeves.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели обеспечивают решение поставленной технической задачи, а именно, возможной компоновки устройства независимо от ориентации в пространстве. При этом признаки отличительной части формулы полезной модели обеспечивают решение следующих функциональных задач.The combination of features of the distinctive part of the formula of the utility model provides a solution to the technical problem, namely, the possible layout of the device regardless of spatial orientation. Moreover, the features of the distinctive part of the utility model formula provide the solution to the following functional tasks.

Признаки «диаметр полой трубы и толщина ее стенок выполнены постоянными» обеспечивают возможность двусторонней компоновки инфракрасного излучателя, обеспечивая равенство режимных параметров их работы.The signs "the diameter of the hollow pipe and the thickness of its walls are made constant" provide the possibility of two-sided layout of the infrared emitter, ensuring the equality of the operational parameters of their work.

Признаки «узел подвода газовоздушной смеси выполнен в виде полого корпуса, содержащего две обращенных друг к другу фланцами, соосных друг другу и полой трубе втулки» обеспечивают возможность подвода газовоздушной смеси в горелку, «разборность» узла и, тем самым, упрощение его изготовления и эксплуатации горелки.The signs “the assembly of the gas-air mixture is made in the form of a hollow body containing two flanges facing each other, coaxial to each other and the hollow tube of the sleeve” provides the possibility of supplying the gas-air mixture to the burner, “collapsibility” of the assembly and, thereby, simplifying its manufacture and operation burners.

Признак, указывающий, что «между фланцами размещена прокладка», вместе с признаком «торец приемной втулки герметично заглушен и через ее стенку герметично пропущены патрубок подачи газа и патрубок подачи воздуха» обеспечивает формирование камеры для смешивания газа и воздуха, перед их подачей в инфракрасный излучатель.A sign indicating that “a gasket is placed between the flanges”, together with the sign “the end of the receiving sleeve is hermetically sealed and the gas supply pipe and the air supply pipe are hermetically passed through its wall” ensures the formation of a chamber for mixing gas and air, before they are fed to the infrared emitter .

Признак, указывающий, что «свободный конец выпускной втулки герметично вставлен в отверстие полой трубы» обеспечивает соединение узла подвода газовоздушной смеси и инфракрасного излучателя.A sign indicating that the “free end of the outlet sleeve is hermetically inserted into the hole of the hollow pipe” provides a connection between the gas supply unit and the infrared emitter.

Признаки, указывающие, что «соосно продольной оси приемной и выпускной втулок, с зазором к их стенкам, размещена подающая труба, герметично пропущенная через прокладку» обеспечивают ввод газовоздушной смеси в инфракрасный излучатель и равномерность ее распределения по периметру его полости.Signs indicating that "a feed pipe sealed through the gasket is placed coaxially with the longitudinal axis of the intake and exhaust sleeves, with a gap to their walls" ensures the gas-air mixture is introduced into the infrared emitter and its distribution uniformly around the perimeter of its cavity.

Признаки, указывающие, что «оба открытых конца полой трубы снабжены одинаковыми узлами подвода газовоздушной смеси» обеспечивают симметричность условий сжигания газовоздушной смеси по длине инфракрасного излучателя.Signs indicating that “both open ends of the hollow pipe are equipped with the same nodes for supplying the gas-air mixture” ensure the symmetry of the conditions for burning the gas-air mixture along the length of the infrared emitter.

Признаки, указывающие, что «диаметр полости подающей трубы составляет 0,25-0,3 от диаметра полости инфракрасного излучателя, а расстояние между торцами подающих труб составляет 0,9 от расстояния между обращенными друг к другу торцами выпускных втулок» оптимизируют условия «работы» горелки.Signs indicating that "the diameter of the cavity of the feed pipe is 0.25-0.3 of the diameter of the cavity of the infrared emitter, and the distance between the ends of the feed pipes is 0.9 from the distance between the ends of the exhaust sleeves facing each other" optimize the conditions of "work" burners.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где показан его продольный разрез.The claimed device is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section thereof.

На чертеже показаны инфракрасный излучатель, выполненный в виде полой трубы 1, узел подвода газовоздушной смеси содержит приемную 2 и выпускную 3 втулки, с фланцами 4, между которыми размещена прокладка 5, патрубки подачи газа 6 и воздуха 7, продольная ось 8, подающая труба 9, ее торцы 10, торцы 11 выпускных втулок 3.The drawing shows an infrared emitter made in the form of a hollow pipe 1, the gas-air mixture supply unit contains a receiving 2 and an outlet 3 bushings, with flanges 4, between which a gasket 5 is placed, gas supply pipes 6 and air 7, a longitudinal axis 8, a supply pipe 9 , its ends 10, the ends 11 of the exhaust sleeves 3.

Радиационная газовая горелка, содержит узел подвода газовоздушной смеси, и инфракрасный излучатель, выполненный в виде полой трубы 1, из пористого жаропрочного (никель-алюминиевого) материала.Radiation gas burner, contains a node for supplying a gas-air mixture, and an infrared emitter made in the form of a hollow pipe 1, made of porous heat-resistant (nickel-aluminum) material.

Диаметр полой трубы 1 и толщина ее стенок выполнены постоянными по всей длине, соотношение толщины стенки инфракрасного излучателя к его диаметру составляет 1:6, пористость инфракрасного излучателя составляет 50-60%, структура порового пространства инфракрасного излучателя изотропна с размером газотранспортных пор 400-1000 мкм. Длина излучателя (участка между торцами 11 выпускных втулок 3, без учета участка, контактирующего с выпускной втулкой 3) равна 4-7 его диаметрам. Эта длина инфракрасного излучателя является оптимальной, при этом использование излучателей длиной менее четырех диаметров приводит к снижению радиационного КПД горелки, а использование излучателей с длиной более 7 диаметров может ухудшать параметры экологии.The diameter of the hollow pipe 1 and the thickness of its walls are constant over the entire length, the ratio of the wall thickness of the infrared emitter to its diameter is 1: 6, the porosity of the infrared emitter is 50-60%, the pore space structure of the infrared emitter is isotropic with a gas transport pore size of 400-1000 μm . The length of the emitter (the area between the ends of the 11 exhaust sleeves 3, excluding the portion in contact with the exhaust sleeve 3) is 4-7 diameters. This length of the infrared emitter is optimal, while the use of emitters with a length of less than four diameters reduces the radiation efficiency of the burner, and the use of emitters with a length of more than 7 diameters can degrade the environmental parameters.

Пористость излучателя на уровне 50-60%, а также соотношение толщины стенки излучателя к его диаметру, равное 1:6, позволяют обеспечить оптимальную прочность конструкции излучателя при сохранении приемлемого уровня газодинамического сопротивления.The emitter porosity at the level of 50-60%, as well as the ratio of the emitter wall thickness to its diameter, equal to 1: 6, allows to ensure the optimum emitter structural strength while maintaining an acceptable level of gas-dynamic resistance.

Горение топливно-воздушной смеси происходит во внутреннем объеме пористого жаропрочного цилиндрического излучателя (полой трубы 1).The combustion of the fuel-air mixture occurs in the internal volume of a porous heat-resistant cylindrical emitter (hollow pipe 1).

Для обеспечения приемлемой экологической чистоты уходящих газов необходимо задавать коэффициент избытка воздуха не менее 1,2 при сжигании метана и не менее 1,25 при сжигании пропан-бутана. В этом случае во всем диапазоне регулирования мощности горелки выбросы будут характеризоваться концентрациями монооксида углерода менее 57 ppm и суммы оксидов азота менее 27 ppm, приведенных к сухим неразбавленным воздухом продуктам сгорания.To ensure acceptable environmental cleanliness of the flue gases, it is necessary to set the excess air coefficient of not less than 1.2 when burning methane and not less than 1.25 when burning propane-butane. In this case, in the entire range of control of the burner power, emissions will be characterized by concentrations of carbon monoxide of less than 57 ppm and a sum of nitrogen oxides of less than 27 ppm, reduced to dry undiluted combustion products.

Данные уровни концентрации отравляющих веществ находятся в соответствии с самыми строгими международными стандартами экологии, применяемыми для регулирования выбросов бытовых газовых котлов такими организациями как Nordic Ecolable White Swan, Clean Air Alliance of China, South Coast Air Quality Management District.These levels of toxic substances are in accordance with the most stringent international environmental standards used to regulate emissions of domestic gas boilers by organizations such as the Nordic Ecolable White Swan, Clean Air Alliance of China, and South Coast Air Quality Management District.

Узел подвода газовоздушной смеси содержит приемную 2 и выпускную 3 втулки, выполненные из нержавеющей стали. Втулки 2 и 3 снабжены фланцами 4, которыми они обращены друг к другу, при этом между фланцами 4 размещена прокладка 5 из вспененной оксидной керамики.The gas-air mixture supply unit comprises a receiving 2 and an exhaust 3 bushings made of stainless steel. The bushings 2 and 3 are equipped with flanges 4, which they face each other, while between the flanges 4 there is a gasket 5 made of foamed oxide ceramic.

Торец приемной втулки 2 герметично заглушен. Через ее стенку герметично пропущены патрубок подачи газа 6 и патрубок подачи воздуха 7, размещенные на образующей ее внешней поверхности.The end of the receiving sleeve 2 is hermetically sealed. A gas supply pipe 6 and an air supply pipe 7 placed on its outer surface forming it are hermetically passed through its wall.

Свободный конец выпускной втулки 3 герметично вставлен в отверстие полой трубы 1, кроме того, соосно продольной оси приемной и выпускной втулок, с зазором к их стенкам, размещена подающая труба, герметично пропущенная через прокладку.The free end of the exhaust sleeve 3 is hermetically inserted into the hole of the hollow pipe 1, in addition, coaxially to the walls of the receiving and exhaust bushings, with a gap to their walls, there is a supply pipe sealed through the gasket.

Втулки 2 и 3 соосны друг другу и продольная ось 8 полой трубы 1.The bushings 2 and 3 are aligned with each other and the longitudinal axis 8 of the hollow pipe 1.

Соосно продольной оси приемной 2 и выпускной 3 втулок, с зазором к их стенкам, размещена подающая труба 9, герметично пропущенная через прокладку 5.Coaxial to the longitudinal axis of the receiving 2 and exhaust 3 bushings, with a gap to their walls, placed the supply pipe 9, hermetically passed through the gasket 5.

Диаметр полости подающей трубы 9 составляет 0,25-0,3 от диаметра полости инфракрасного излучателя (полой трубы 1), а расстояние между торцами 10 подающих труб 9 составляет 0,9 от расстояния между обращенными друг к другу торцами 11 выпускных втулок 3, что гарантирует невозможность проскока пламени в зону смешения газов (в полость приемной втулки 2) и обеспечивает интенсивный турбулентный теплообмен между втекающей газо-воздушной смесью и стенками полой трубы 1. Расстояние между заглушкой приемной втулки 2 и обращенным к ней торцом подающей трубы 9 составляет 1,5-2,5 диаметра полости этой трубы.The diameter of the cavity of the feed pipe 9 is 0.25-0.3 of the diameter of the cavity of the infrared emitter (hollow pipe 1), and the distance between the ends 10 of the feed pipes 9 is 0.9 from the distance between the ends 11 of the exhaust sleeves facing each other 3, which it guarantees the impossibility of flame penetration into the gas mixing zone (into the cavity of the receiving sleeve 2) and provides intensive turbulent heat exchange between the flowing gas-air mixture and the walls of the hollow pipe 1. The distance between the plug of the receiving sleeve 2 and the end of the supply pipe facing it 9 s leaves 1.5-2.5 diameters of the cavity of this pipe.

Диапазон регулирования удельной мощности радиационной газовой горелки составляет от 15 до 40 Вт/см², рассчитанных как полная мощность горелки, отнесенная к площади поверхности инфракрасного излучателя.The range of regulation of the specific power of a radiation gas burner is from 15 to 40 W / cm ² , calculated as the total power of the burner, referred to the surface area of the infrared emitter.

Диапазон максимальных мощностей горелок, изготавливаемых по данному изобретению, может варьироваться от 3 кВт для инфракрасного излучателя диаметром 3 см до 340 кВт для инфракрасного излучателя диаметром 30 см.The maximum power range of the burners made according to this invention can vary from 3 kW for an infrared emitter with a diameter of 3 cm to 340 kW for an infrared emitter with a diameter of 30 cm

Для запуска горелки в корпус симметрично, с двух сторон, подается топливо-воздушная смесь с заданным целевым коэффициентом избытка воздуха, менять который в течение процедуры запуска и выхода горелки на стационарный режим не нужно, пламя поджигается с внешней поверхности инфракрасного излучателя, после чего в течение 30-60 секунд происходит проскок пламени во внутреннюю полость инфракрасного излучателя, где пламя стабилизируется во внутреннем объеме излучателя.To start the burner, a fuel-air mixture with a predetermined target coefficient of excess air is supplied symmetrically, from two sides, which is not necessary to change during the start-up procedure and the burner goes to stationary mode, the flame is ignited from the outer surface of the infrared emitter, and then 30-60 seconds, the flame passes into the internal cavity of the infrared emitter, where the flame stabilizes in the internal volume of the emitter.

Выход горелки на стационарный режим занимает от 2 до 5 минут. При этом экспериментально установлено, что обеспечить проскок пламени внутрь полости излучателя на этапе розжига горелки позволяет использование инфракрасного излучателя с размером пор более 300 мкм, но для обеспечения экологичности газовых выбросов размер пор принят в диапазоне 400-1000 мкм.Stationary burner takes 2 to 5 minutes. At the same time, it was experimentally established that the use of an infrared emitter with a pore size of more than 300 μm allows for flame penetration into the cavity of the emitter at the stage of ignition of the burner, but to ensure the environmental friendliness of gas emissions, the pore size is adopted in the range 400-1000 μm.

Смесь проходит по подающим трубам 9, нагреваясь внутренним излучением полой трубы 1. Выходя из подающих труб 9, смесь поджигается и сгорает. Газы – продукты сгорания проходят сквозь стенки полой трубы 1. Внешняя поверхность полой трубы 1 нагревается пламенем до 700-1100°С. Тепловое излучение с ее поверхности излучается во внешнее пространство.The mixture passes through the supply pipes 9, being heated by the internal radiation of the hollow pipe 1. Leaving the supply pipes 9, the mixture is ignited and burned. Gases - combustion products pass through the walls of the hollow pipe 1. The outer surface of the hollow pipe 1 is heated by a flame to 700-1100 ° C. Thermal radiation from its surface is radiated into the outer space.

Claims

A radiation gas burner comprising a gas-air mixture supply unit and an infrared emitter made of porous heat-resistant material in the form of a hollow pipe, characterized in that the diameter of the hollow pipe and its wall thickness are made constant, while the gas-air mixture supply unit is made in the form of a hollow body two flanges facing each other, coaxial to each other and to the hollow pipe, while a gasket is placed between the flanges, and the end of the receiving sleeve is hermetically sealed, and hermetically sealed through its wall o the gas supply pipe and the air supply pipe are missing, and the free end of the exhaust sleeve is hermetically inserted into the hole of the hollow pipe, in addition, a feed pipe placed hermetically passed through the gasket is placed coaxially with the longitudinal axis of the intake and exhaust sleeves, while both open ends of the hollow pipe are equipped with the same nodes for supplying the gas-air mixture, in addition, the diameter of the cavity of the supply pipe is 0.25-0.3 of the diameter of the cavity of the infrared emitter, and the distance between the ends of the supply pipes is 0.9 wish to set up the distance between the facing ends of the discharge sleeves.